DE102011010225A1

DE102011010225A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102011010225A1
Application number: DE201110010225
Authority: DE
Inventors: Markus Hausner; Dr. Reik Wolfgang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2011-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verminderung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine und einem nachgeschalteten Getriebe. Bei im Antriebsstrang auftretenden abtriebsseitigen Drehschwingungen werden phasengleich zu diesen Kompensationsschwingungen in dem Antriebsstrang moduliert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verminderung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine und einem nachgeschalteten Getriebe.
Drehschwingungen in einem Antriebsstrang, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, können als Momentenschwankungen sowohl durch Fremdanregung als durch Selbstanregung eines beispielsweise schwingungsanfälligen oder instabilen Antriebsstrangs auftreten. In Kraftfahrzeugen erfolgt hierbei eine Kraftübertragung zwischen einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und zumindest einer Getriebeeingangswelle des Getriebes, beispielsweise einem Handschaltgetriebe, einem automatisierten Handschaltgetriebe, einem Doppelkupplungsgetriebe und dergleichen mittels kraftschlüssigen Kupplungssystemen. Dabei kann in einer Schlupfphase des Kupplungssystems dem mittleren Reibmoment ein Wechselmoment überlagert sein, welches zu störenden Schwingungen im Antriebsstrang bzw. zu störenden Vibrationen im Antriebsstrang führen kann. Bei automatisierten Kupplungssystemen besteht hierbei die Möglichkeit, das Wechselmoment aktiv zu bedämpfen beziehungsweise durch ein gegenphasiges Moment zu kompensieren, indem das Kupplungssystem mittels des Betätigungssystems, beispielsweise von einem von einem Steuergerät gesteuerten Aktor entsprechend moduliert wird. Bei einem Handschaltgetriebe besteht keine Möglichkeit, mit dem Betätigungssystem des Kupplungssystems auftretende Drehschwingungen im Antriebsstrang aktiv zu reduzieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein darüber hinaus gehendes Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung vorzuschlagen, das insbesondere bei einem nicht automatisierten Kupplungssystem ermöglicht, im Antriebsstrang auftretende Drehschwingungen zu verringern beziehungsweise zu eliminieren. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Verminderung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine und einem nachgeschalteten Getriebe gelöst, wobei bei im Antriebsstrang auftretenden abtriebsseitigen Drehschwingungen phasengleich Kompensationsschwingungen zu diesen in dem Antriebsstrang moduliert werden. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel lässt sich der Einfluss der Drehschwingungen auf den Antriebsstrang weiter vermindern, wenn eine Amplitude der Kompensationsschwingungen höher als eine Amplitude der abtriebsseitigen Drehschwingungen eingestellt wird. Unter Verminderung der Drehschwingungen ist eine Verbesserung des Drehschwingungsverhaltens gegenüber einem nicht kompensierten Zustand zu verstehen, wobei eine totale Eliminierung der Drehschwingungen von dem Begriff Verminderung umfasst ist. Das Verfahren eignet sich insbesondere für Antriebsstränge in Kraftfahrzeugen bevorzugt mit vom Fahrer geschaltetem Getriebe, kann jedoch vorteilhafterweise auf Antriebsstränge mit automatisiertem Getriebe, beispielsweise automatisierte Handschaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe und dergleichen sowie in Antriebssträngen außerhalb von Kraftfahrzeugen beispielsweise in Industrieanlagen angewendet werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann das Verfahren auf Vorrichtungen wie Antriebsstränge angewendet werden, indem zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe ein reibschlüssiges Kupplungssystem mit einem abhängig von einer Schlupfdrehzahl desselben abnehmenden Reibkoeffizienten vorgesehen ist und zumindest ein Teil der Kompensationsschwingungen durch die Brennkraftmaschine aufgebracht wird. Hierbei wird aktiv in die Steuerung der Brennkraftmaschine eingegriffen. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass bei einem Reibverhalten des Kupplungssystems mit negativem Reibkoeffizienten und zunehmender Schlupfdrehzahl – also einer steigenden Differenzdrehzahl zwischen einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordneten Eingangsteil und einem mit einer Getriebeeingangswelle des Getriebes verbundenen Ausgangsteil des Kupplungssystems – das über das Kupplungssystem übertragbare Moment steigt. Wird eine phasenselektive Erhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschine herbeigeführt, indem die antriebsseitige Drehzahl phasengleich zu einer abtriebsseitigen Schwingung moduliert wird, kann eine positive Dämpfung für den Antriebsstrang herbeigeführt werden. Die Amplitude der antriebsseitigen Drehzahlmodulation wie Kompensationsschwingung wird dabei höher als die Amplitude der drehschwingungsbehafteten Eigenfrequenz des Antriebsstrangs gewählt. Dadurch sinkt der Reibwert bei zunehmender abtriebsseitiger Drehzahl wie Getriebeeingangsdrehzahl ab beziehungsweise steigt der Reibwert bei abnehmender abtriebsseitiger Drehzahl und ein instabiler, das heißt drehschwingungsempfindlicher Antriebsstrang wird erfolgreich bedampft.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der Kompensationsschwingungen mittels eines das Getriebe gegenüber einem Festbauteil um eine Achse einer Welle wie Getriebeausgangswelle auslenkenden Aktors moduliert werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der Kompensationsschwingungen mittels eines das Motorgehäuse der Brennkraftmaschine gegenüber einem Festbauteil um eine Achse einer Welle wie Getriebeausgangswelle auslenkenden Aktors moduliert werden. Weiterhin können Brennkraftmaschine und Getriebe gegeneinander um einen vorgegebenen Winkel verdreht werden, in dem die Brennkraftmaschine entsprechend angeregt, beispielsweise entsprechend befeuert oder in anderer Weise gesteuert wird. Hierbei wird eine Getriebeanordnung als variable Übersetzung genutzt. Wird das Getriebegehäuse gegenüber einem Festbauteil und/oder das Motorgehäuse gegenüber einem Festbauteil wie Chassis eines Kraftfahrzeugs um einen Winkel α ausgelenkt, so wird bei statischer Betrachtung aufgrund der Kinematik zwischen Getriebegehäuse und Getriebeeingangswelle dieselbe um den Winkel (i + 1) × α mit der Variable i als aktuell eingelegte Getriebeübersetzung um die Achse der betreffenden Welle ausgelenkt. Eine Schwingung an der Getriebeeingangswelle kann damit durch phasenrichtiges Überlagern einer Schwingung des Getriebegehäuses kompensiert werden. Nimmt die Getriebedrehzahl aufgrund einer der mittleren Drehzahl überlagerten Schwingung zu, muss das Getriebegehäuse entgegen der Drehrichtung ausgelenkt werden und umgekehrt. Die Auslenkung erfolgt beispielsweise mittels eines Aktors, der zwischen dem Festbauteil und dem Getriebegehäuse angeordnet ist. Die Aufhängung des Getriebes erfolgt dabei in der Weise, dass der Aktor beziehungsweise die Anregung der Brennkraftmaschine eine koaxiale phasenselektive Verdrehung des Getriebegehäuses gegenüber dem Gehäuse der Brennkraftmaschine bewirkt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einem eine mittels eines Steuergeräts gesteuerte Brennkraftmaschine, ein Getriebe und wahlweise ein Kupplungssystem und/oder einen zwischen einem Festbauteil und dem Getriebe beziehungsweise einem Motorgehäuse angeordneten Aktor enthaltenden Antriebsstrang gelöst.
Die Erfindung wird anhand der in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Diagramm zur Darstellung des Drehzahlverhaltens eines Antriebsstrangs,
2 ein Diagramm des Reibwerts über die Schlupfdrehzahl,
3 einen schematisch dargestellten Antriebsstrang aus zwei Sichtwinkeln und
4 einen schematischen Antriebsstrang.
1 zeigt das Diagramm 1, das im oberen Teil die Drehzahlen des Antriebs, beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, und des Abtriebs, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes, und im unteren Teil das Schlupfmoment des Kupplungssystems eines Antriebsstrangs über die Zeit zeigt. Ist der Antrieb – wie gezeigt – drehschwingungsbehaftet, wird der Abtrieb, beispielsweise die Brennkraftmaschine des Antriebsstrangs moduliert, indem diese beispielsweise mit entsprechend Zünd-, Einspritz- und/oder Schließwinkelkennlinien gesteuert wird, dass die Drehzahldifferenzen Δn₁, Δn₂ der Schwingungsmaxima und Schwingungsminima des Antriebs und des Abtriebs phasengleich über die Zeit angeordnet sind. Wenn zugleich Reibbeläge im Kupplungssystem verwendet werden, die entsprechend dem Diagramm 2 der 2 einen negativen Reibwert über die Schlupfdrehzahl aufweisen, resultiert über die durch die Drehzahldifferenzen Δn₁ und Δn₂ gebildete Schwingungsamplitude ein gegenläufiges Schlupfmoment, wie aus dem unteren Teil des Diagramms 1 der 1 hervorgeht. Hierdurch wird durch die kleineren Drehzahldifferenzen der Schwingungsmaxima Δn₁ ein erniedrigtes Schlupfmoment und damit ein höheres über das Kupplungssystem übertragenes Kupplungsmoment erhöht und durch die größeren Drehzahldifferenzen der Schwingungsminima Δn₂ das Schlupfmoment erhöht und das übertragbare Kupplungsmoment des Kupplungssystems erniedrigt, so dass die drehschwingungsbelastete Drehzahlkurve des Abtriebs gedämpft und damit geglättet wird. Zur Optimierung der Dämpfung wird die Amplitude des Antriebs höher eingestellt als die Amplitude des Abtriebs.
3 zeigt schematisch den Antriebsstrang 3 mit dem Getriebe 4 in Seitenansicht (linker Teil) und im Querschnitt (rechter Teil). Das Getriebe 4 mit der Getriebeeingangswelle 5 und der Getriebeausgangswelle 6, die mittels der Übersetzung i des Getriebes 4 miteinander gekoppelt sind, stützt sich mittels des Getriebegehäuses 8 an dem Festbauteil 7, beispielsweise einem Chassis eines Kraftfahrzeugs ab. Gerät die Getriebeeingangswelle 5 aufgrund einer Eigen- oder Fremdanregung in einen drehschwingungsbehafteten Zustand, kann mittels des in der 3 links angedeuteten Anregungsmusters, das das Getriebegehäuse 8 um den Drehwinkel ±α, beispielsweise in Höhe von 0,5° bis 1° gegenüber der der Drehachse der Getriebeausgangswelle 6 auslenkt, die Getriebeeingangswelle 5 aufgrund deren Übersetzung i – beispielsweise mit i = 14 – gegenüber der Getriebeausgangswelle 6 um den Winkel (i + 1)·α verdreht werden. Auf diese Weise kann bereits mittels kleiner Verdrehwinkel eines zwischen Getriebegehäuse 8 und Festbauteil 7 angeordneten Aktors bei dessen mit den Drehschwingungen der Getriebeeingangswelle phasenselektiver Modulation eine gute Dämpfung der Drehschwingungen erzielt werden.
4 zeigt den dem Antriebsstrang 3 der 3 ähnlichen Antriebsstrang 3a mit der Brennkraftmaschine 9 und dem Getriebe 4a mit dem reibschlüssigen zwischen dem Schwungrad 11 und der Getriebeeingangswelle 5a angeordneten, das Kupplungsmoment M_k übertragenden Kupplungssystem 10. Eine eigen- oder fremdangeregte Schwingung kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Sensorelemente ermittelt werden, die beispielsweise ein Winkel-, Drehzahl-, oder Beschleunigungssignal, das an jeder Stelle, beispielsweise an den Wellen des Getriebes 4a, an der die Schwingung auftreten kann, erfassen. Eine Anregung des Getriebegehäuses 8a des Getriebes 4a zur Auslenkung des Getriebegehäuses 8a um den Winkel α unter Berücksichtigung der Übersetzung i kann über einen separaten – nicht dargestellten – Aktor zwischen einem Festbauteil 7a und dem Getriebegehäuse 8a und/oder mittels einer Anregung durch die Brennkraftmaschine 9 erfolgen. Hierbei wird ein Moment T auf das Schwungrad 11 gegeben, bei dem sich gleichzeitig über das Motorgehäuse 12 und das mit diesem drehfest verbundene Getriebegehäuse 8a eine Verdrehung des Getriebegehäuses 8a gegenüber dem Festbauteil 7a ergibt, so dass unter Verstärkung der Übersetzung i bei gleichphasiger Modulation der die Kompensationsschwingungen bewirkenden Momente T gegenüber den Drehschwingungen eine Dämpfung dieser ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Diagramm
2: Diagramm
3: Antriebsstrang
3a: Antriebsstrang
4: Getriebe
4a: Getriebe
5: Getriebeeingangswelle
5a: Getriebeeingangswelle
6: Getriebeausgangswelle
7: Festbauteil
7a: Festbauteil
8: Getriebegehäuse
8a: Getriebegehäuse
9: Brennkraftmaschine
10: Kupplungssystem
11: Schwungrad
12: Motorgehäuse
α: Winkel
Δn₁: Drehzahldifferenz Schwingungsmaximum
Δn₂: Drehzahldifferenz Schwingungsminimum
i: Übersetzung
M_k: Kupplungsmoment
T: Moment

Claims

Verfahren zur Verminderung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang (3, 3a), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine (9) und einem nachgeschalteten Getriebe (4, 4a), dadurch gekennzeichnet, dass bei im Antriebsstrang (3, 3a) auftretenden abtriebsseitigen Drehschwingungen phasengleich Kompensationsschwingungen zu diesen in dem Antriebsstrang (3, 3a) moduliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Amplitude der Kompensationsschwingungen höher als eine Amplitude der abtriebsseitigen Drehschwingungen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Brennkraftmaschine (9) und Getriebe (4, 4a) ein reibschlüssiges Kupplungssystem (10) mit einem abhängig von einer Schlupfdrehzahl desselben abnehmenden Reibkoeffizienten vorgesehen ist und zumindest ein Teil der Kompensationsschwingungen durch die Brennkraftmaschine (9) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kompensationsschwingungen mittels eines das Getriebe (4, 4a) gegenüber einem Festbauteil (7, 7a) um eine Achse einer Welle auslenkenden Aktors moduliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kompensationsschwingungen mittels eines das Motorgehäuse (12) der Brennkraftmaschine (9) gegenüber einem Festbauteil (7a) um eine Achse einer Welle auslenkenden Aktors moduliert werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem eine mittels eines Steuergeräts gesteuerte Brennkraftmaschine (9), ein Getriebe (4, 4a) und wahlweise ein Kupplungssystem (10) und/oder einen zwischen einem Festbauteil (7, 7a) und dem Getriebe (4, 4a) beziehungsweise einem Motorgehäuse (12) angeordneten Aktor enthaltenden Antriebsstrang (3, 3a).